4.4. Контрольні запитання

1. Яке практичне значення має вивчення режимів руху рідини?

2. Що таке ламінарний режим і чим він характеризується?

3. Які способи визначення режимів Ви знаєте?

4. Що таке турбулентний режим і чим він характеризується?

5. Яка існує залежність втрат швидкості за різних режимів руху рідини?

6. Як обчислити число Рейнольдса?

7. Фізичний зміст числа Re.

8. Критичне число Рейнольдса для напірного і безнапірного руху рідини.

9. Що таке середня швидкість і як вона визначається?

10. Як визначається в'язкість рідини і від чого вона залежить?

11. Порядок проведення дослідів.

5. Г І Д Р А В Л І Ч Н І О П О Р И

Загальні відомості

Одним з найважливіших питань будь-якого гідравлічного розрахунку є визначення втрат енергії рідини, що рухається. Як відомо, механічна енергія руху рідини являє собою суму кінетичної і потенційної енергії. При виконанні гідравлічних розрахунків зручніше користатися питомою енергією, тобто енергією, віднесеною до одиниці ваги рідини.

Аналітично питома енергія рідини в будь-якому перетині потоку може бути виражена формулою , (5.1) де z - висота положення центра ваги живого перетину потоку над площиною порівняння (питома енергія положення); p - тиск у центрі ваги перетину; V-середня швидкість руху рідини в даному перетині; γ - об'ємна вага рідини;  - коефіцієнт кінетичної енергії, абокоефіцієнт Коріоліса. Якби при русі рідини були відсутні сили тертя, то енергія уздовж потоку була б постійна.

Умови рівності питомих енергій у двох перетинах потоку можна записати у виді:

. (5.2)

Тут у ліву частину рівності входять величини, що відносяться до першого живого перетину, а в праву – до другого перетину потоку, також обов'язково живому.

При русі реальної рідини частина енергії затрачається на подолання різного роду опорів руху, обумовлених силами тертя. Частина енергії, витрачена на подолання цих опорів, називається втраченою енергією. Ця енергія перетворюється в теплову і розсіюється в просторі. Рівняння Бернуллі для потоку реальної рідини, що виражає собою баланс енергії для двох перетинів має вид

l , (5.3)

де V_1,V₂ - середні швидкості руху рідини в перетинах 1 і11; α₁ і α₂ - коефіцієнти кінетичної енергії відповідно для перетинів 1 і 11; h-втрати енергії на ділянках між перетинами 1 і 11.

Втрати механічної енергії, що мають місце у потоці рідини, прийнято поділяти на два види: втрати за довжиною потоку (шляхові) h_l і місцеві h_м . Втрати першого виду, при рівномірному русі, пропорційні довжині потоку. Місцеві втрати енергії спостерігаються на таких ділянках трубопроводів, де має місце порушення конфігурації потоку, тобто змінюється швидкість, геометрія чи напрямок руху.

Загальні втрати енергії умовно розглядають як просту суму втрат напору, викликуваних кожним окремо, тобто

h = ∑h_l + ∑h_м ,

де ∑h_l – сума усіх втрат напору за довжиною окремих послідовних ділянок, а ∑h_м – сума всіх місцевих втрат напору.

Експериментальним шляхом втрати енергії на будь-якій ділянці потоку можна визначити з рівняння (3), як різницю питомих енергій на початку і наприкінці ділянки, тобто

(5.4)

Таким чином, для визначення h досить виміряти різниці висот (Z₁-Z₂) положень центрів ваги перетинів над площиною порівняння, показів п'єзометрів Р₁/γ-Р₂/γ і швидкісних напорів

У випадку, якщо вивчається потік рідини в горизонтальній трубі змінного перетину, втрати енергії визначаються як різниця питомих енергій тисків (різниця показів п'єзометрів) і різниця швидкісних напорів у відповідних перетинах, тобто

Тому що в цьому випадку Z₁=Z₂ . Ще простіше визначається h, якщо вивчається рівномірний потік (V=const) у горизонтальній трубі (Z=const).

У цьому випадку тобто втрати енергії, визначаються як різниця показань п'єзометрів на початку і наприкінці досліджуваної ділянки.